Преобразователь питания литиевое зарядное устройство понижающий модуль xl4015

Преобразователь питания литиевое зарядное устройство понижающий модуль xl4015

Данный обзор посвящён модулю импульсного стабилизатора, который предлагается интернет-магазинами под названием «5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver». Таким образом модуль представляет собой импульсный понижающий преобразователь, предназначенный для зарядки литий-ионных аккумуляторов в режимах CV (постоянное напряжение) и СС (постоянный ток), а также для питания светодиодов. Стоит данное устройство около 2-х USD. Конструктивно модуль представляет собой печатную плату, на которой установлены все элементы, включая сигнальные светодиоды и органы регулировки. Внешний вид модуля представлен на рис.1.

Чертёж печатной платы представлен на рис. 2.

Согласно спецификации изготовителя модуль имеет следующие технические характеристики:

• Входное напряжение 6-38 В постоянного тока.
• Выходное напряжение регулируемое 1.25-36 В постоянного тока.
• Выходной ток 0-5 А (регулируемый).
• Мощность в нагрузке до 75 ВА.
• КПД более 96%.
• Имеется встроенная защита от перегрева и короткого замыкания в нагрузке.
• Размеры модуля 61.7х26.2х15 мм.
• Масса 20 грамм.

Сочетание невысокой цены, малых размеров и высоких технических характеристик вызвало у автора интерес и желание экспериментально определить основные характеристики модуля.
Производитель не приводит схему электрическую принципиальную, по этому её пришлось рисовать самостоятельно. Результат этой работы представлен на рис. 3.

Основой устройства является микросхема DA2 XL4015, представляющая собой оригинальную китайскую разработку. Данная микросхема весьма похожа на популярную LM2596, но отличается улучшенными характеристиками. Видимо это достигается применением в качестве силового ключа мощного полевого транзистора. Описание этой микросхемы приведено в Л1. В данном устройстве микросхема включена в полном соответствии с рекомендациями изготовителя. Переменный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения. Цепь регулируемого ограничения выходного тока выполнена на операционном усилителе DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С помощью этого резистора можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке стабилизатора.

Если заданное значение тока будет превышено, то на выходе усилителя появится сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 откроется и напряжение на входе 2 микросхемы DA2 повысится, что приведёт к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Кроме того свечение HL2 будет сигнализировать о том, что модуль работает в режиме стабилизации тока (СС). Конденсатор С5 должен обеспечивать устойчивость узла регулирования тока.

На втором операционном усилителе DA3.2 собран сигнализатор снижения тока в нагрузке до значения менее 9% от заданного максимального тока. Если ток превышает указанное значение, то светится синий светодиод HL3, в противном случае светится зелёный светодиод HL1. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки.
На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5В. Это напряжение используется для питания операционного усилителя DA3, также оно используется для формирования опорного напряжения ограничителя тока и сигнализатора снижения тока.

Падение напряжения на токоизмерительном резисторе никак не компенсируется, по этому с ростом тока в нагрузке выходное напряжение стабилизатора снижается. Чтобы уменьшить данный недостаток величина токоизмерительного резистора выбрана достаточно маленькой (0.05 Ома). Из-за этого дрейф операционного усилителя DA3 может вызвать заметную нестабильность как уровня ограничения выходного тока так и уровня срабатывания сигнализатора.
Испытания модуля показали, что выходное сопротивление стабилизатора в режиме стабилизации напряжения (CV) практически полностью определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0.06 Ома.
Коэффициент стабилизации напряжения около 400.
Для оценки тепловыделения на вход модуля было подано напряжение 12В. На выходе было установлено напряжение 5В при нагрузке сопротивлением 2.5 Ома (ток 2А). Через 30 минут микросхема DA2, дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до 71, 64 и 48 градусов Цельсия соответственно.

Работа в режиме стабилизации тока в нагрузке (СС) сопровождалась переходом микросхемы DA2 в режим формирования пачек импульсов. Частота следования и длительность пачек изменялись в широких пределах в зависимости от величины тока. Эффект стабилизации тока при этом имел место, но пульсации на выходе модуля существенно возрастали. Кроме того работа устройства в режиме СС сопровождалась довольно громким писком, источником которого являлся дроссель L1.
Работа сигнализатора снижения тока нареканий не вызвала. Модуль успешно выдерживал короткое замыкание в нагрузке.

Таким образом модуль работоспособен как в режиме CV, так и в режиме СС, но при его использовании следует учитывать вышеописанные особенности.
Данный обзор написан по результатам исследования одного экземпляра устройства, что делает полученные результаты чисто ориентировочными.
По мнению автора описанный импульсный стабилизатор может быть с успехом использован, если требуется дешёвый, компактный источник питания с удовлетворительными характеристиками.

Источник



Понижающий модуль постоянного тока XL4015 с управлением CV/CC

В статье объясняется легкий способ модифицировать понижающий преобразователь постоянного напряжения, собранного на микросхеме XL4015, с помощью регулируемого ограничителя тока, который, отсутствует в стандартной модели.

Микросхема XL4015 представляет собой полнофункциональный понижающий DC/DC преобразователь широтно-импульсной модуляции (ШИМ)с фиксированной частотой 180 кГц. Прибор был специально создан китайскими специалистами для работы с нагрузкой 5 В, 5 А, и отличающейся хорошей эффективностью, минимальной пульсацией и исключительным регулированием линии и нагрузки.

Модификация понижающего преобразователя XL4015 регулируемого с помощью ограничителя тока

Модуль регулятора построен с использованием очень небольшого количества дополнительных деталей, с ним легко работать и он состоит из встроенной частотной компенсации и генератора фиксированной частоты.

Схема управления ШИМ имеет регулируемую продолжительность включения с постоянной скоростью от 0 до 100%. IC XL4015 также имеет встроенную функцию защиты от перегрузки по току.

Стандартный модуль

Когда на выходе обнаруживается короткое замыкание, рабочая частота мгновенно понижается с 180 кГц до 48 кГц, что вызывает немедленное падение выходного напряжения и тока. Чип имеет полностью интегрированный блок компенсации, вне зависимости от каких-либо внешних компонентов.

Подключение стандартного преобразователя

Основные характеристики IC XL4015:

1. Широкий диапазон входного напряжения от 8 В до 36 В
2. Выходное напряжение регулируется от 1,25 В до 32 В
3. Максимальный рабочий цикл может достигать 100%.
4. Выходное напряжение составляет всего 0,3 В
5. Частота переключения зафиксирована на уровне 180 кГц.
6. Выходной ток постоянный, 5А.
7. Встроенные силовые полевые МОП-транзисторы обеспечивают оптимизацию высокого напряжения/тока
8. Эффективность работы впечатляет — 96%.
9. Регулировка линии и нагрузки очень хорошая
10. IC имеет функцию отключения при перегреве с внутренним управлением

Точно так же он также имеет встроенную функцию ограничения тока.

Излишне говорить, что микросхема также имеет функцию защиты от короткого замыкания на выходе.

Главный недостаток устройства

Хотя модуль XL4015 обладает множеством отличных функций, которые необходимы понижающему преобразователю, ему не хватает одной важной опции. В модуле нет устройства для регулировки выходного тока до желаемых уровней в соответствии со спецификациями нагрузки.

Так что, если вы хотите зарядить литий-ионный аккумулятор с помощью модуля XL4015, скажем, на 2 А, вы не сможете этого сделать из-за вышеупомянутого недостатка. Точно так же, если вы хотите управлять светодиодом 3,3 В при максимальном токе 3 А, вы тоже будете разочарованы, поскольку модуль рассчитан на фиксированный ток 5 А.

Как работает XL4015

Базовая рабочая схема понижающего преобразователя XL4015 показана ниже:

Схема сконфигурирована так, чтобы вырабатывать фиксированные 5 В при постоянном выходном токе 5 А в ответ на вход питания от 8 В до 36 В. Характеристики входной мощности должны быть выше выходной, что означает, что входная мощность источника питания должна быть выше 5 В x 5 А = 25 Вт.

Следовательно, если используется входное напряжение 36 В, то входной ток должен быть выше 25/36 = 0,7 А. Если используется 8 В, то входной ток может быть выше 25/8 = 3 А и так далее.

Внутренняя схема IC XL4015 состоит из основных элементов, таких как генератор и усилитель ошибки. Хорошо рассчитанная и управляемая частота генератора 180 кГц генерируется на выводе 3 (SW) для питания конфигурации внешнего понижающего преобразователя, состоящего из диода, катушки индуктивности и конденсатора. Это позволяет понижающему каскаду обрабатывать входное питание до точных выходных 5 В, 5 А.

Контакт 2 (FB) функционирует как вход для обратной связи усилителя ошибки. Минимального входного напряжения 1,25 В на этой распиновке достаточно, чтобы начать процесс отключения ИС.

Эта распиновка может быть сконфигурирована с делителем потенциала R1, R2, который гарантирует, что выходное напряжение никогда не может выходить за пределы диапазона 5 В, что затем вызывает напряжение выше 1,25 В на выводе FB, инициируя процесс выключения для IC, тем самым предотвращая переход выхода через уровень 5 В.

Это также означает, что выходное напряжение может быть отрегулировано до других значений, например 12 В или 15 В, путем соответствующего изменения номиналов делителя обратной связи R1/R2.

Цепочку R1/R2, также можно зафиксировать, используя следующую формулу для получения желаемого выходного напряжения:

• Vвых=1,25х(1+R2/R1)

Регулировка предельного тока

Как видно из схемы, модуль XL4015 не имеет функции ограничения тока, которая, по-видимому, является основным ограничением модуля.

Тем не менее, устройство включает в себя вывод FB выключения, который может быть настроен со схемой внешнего ограничителя тока для выполнения этой функции. Это можно реализовать, как показано на следующей диаграмме:

RX можно рассчитать по закону Ома:

• RX = 0,2/Текущий предел

Поскольку два транзистора соединены с выходом, имеющий очень высокий коэффициент усиления, разности потенциалов всего 0,2 В на RX должно быть достаточно для срабатывания вывода FB IC и инициирования действия по ограничению тока.

Как только ток устремится превысить желаемый предел, через RX возникает необходимый минимальный потенциал, вызывая проводимость NPN, что, в свою очередь, жестко запускает PNP BJT. Действие подает предполагаемый положительный постоянный ток на вывод FB, инициируя отключение.

Когда это происходит, выходной ток падает ниже установленного предела, выключая BJT и восстанавливая предыдущее состояние, при котором ток снова начинает превышать установленный предел, включая BJT. Цикл повторяется, гарантируя, что ток всегда остается в пределах установленного предела. При такой компоновке XL4015 оснащается очень полезной функцией регулируемого ограничения выходного тока.

Альтернатива XL4015 (эквивалентная схема)

Хотя модуль XL4015 легко приобрести в большинстве интернет-магазинов, микросхема не производится известными брендами и может в любой момент выйти из употребления. Поэтому альтернативная схема регулируемого понижающего преобразователя на 5 В с использованием дискретных компонентов представляется гораздо лучшим вариантом.

На следующей схеме показан очень эффективный понижающий преобразователь 5 В с использованием популярной микросхемы TL494:

В приведенном выше примере приведен простой, но чрезвычайно удобный прецизионный эквивалент понижающего преобразователя 5 В для XL4015. Здесь показано применение понижающего преобразователя солнечного инвертора, которое можно использовать для любой другой цели преобразователя постоянного тока в постоянный.

Использование TL494 гарантирует, что конструкция не устареет быстро, и замена IC будет всегда доступна, когда это потребуется. Здесь также имеется контур обратной связи усилителя ошибки, определяющий выходной ток, настраивая схему делителя потенциала, построенную на резисторах R8/R9.

Сила тока может быть отрегулирована соответствующей настройкой резистора R13.

• R13 = 0,2/Максимальный предел тока

Еще одно большое преимущество использования вышеупомянутого дискретно построенного понижающего преобразователя — это уровень выходного тока, который не ограничен 5 А, а может быть повышен до гораздо более высоких уровней, просто нужно установить более мощные транзисторы, диаметр провода индуктора и номинал резистора R13.

Источник

Понижающий преобразователь XL4015

В сегодняшней статье хочу сделать небольшой обзор понижающего преобразователя на XL4015. Этот дешевый модуль на удивление очень мощный для своего маленького размера.

Модуль на XL4015 имеет КПД до 96%, мощность в нагрузке 75ВТ, при максимальном токе 5А. Питается модуль от 6В до 38В, выходное напряжение от 1,25В до 36В. Надо помнить, что разница между входящим и исходящим напряжением не менее 2В. В микросхеме есть защита от перегрева кристалла, а так же защита от короткого замыкания.

Выглядит модуль вот так

Размеры модуля 26*62*16ММ. Высота замерена по самой высокой детали, дросселю.
Пора перейти к схеме модуля с регулировкой напряжения и тока XL4015
Схема преобразователя XL4015

Основой всей схемы является XL4015. Которая чем то напоминает lm2596, но имеет на борту полевой транзистор, а так же выходной ток до 5А
Эта микросхема импульсный понижающий преобразователь. Управление микросхемой происходит через 2-ю ножку называемая FeedBack. Ножка FB это вход компаратора ошибки с фиксированным напряжением 1,25В.

Ограничение напряжения устанавливается переменным резистором CV 10к в составе резисторного делителя R3иCV
Ограничение выходного тока построено на датчике тока которым выступает шунт на 0,05Ом. Падение напряжения на нем сравнивается с напряжением на компараторе, установленным переменным резистором СС 1к. Индикация работы в режиме стабилизатора тока осуществляется красным светодиодом

На втором ОУ собран индикатор нагрузки. Если нагрузка меньше 9% от максимального тока, светится зеленый светодиод, если нагрузка больше- синий светодиод

Смысл от от этого индикатора в блоке питания считаю бесполезным, а вот сигнализатор токов удобно использовать как индикатор заряда аккумулятора.

Испытания XL4015
Пришло испытать модуль
На вход подаю напряжение 23В от конденсаторного фильтра лабораторного блока питания, нагрузка на модуле лампа 12В с мото фары ближний свет
Напряжение под нагрузкой просело до 18,6В при токе 4А, напряжение на выходе 12,3В ток 4А. Если мои расчеты верны то КПД этой схемы 65%.
Под такой нагрузкой за первые 5 минут схема хорошенько нагрелась, проработала еще пол часа и испустила дух.

Тот самый белым дым, на котором работают все микросхемы и транзисторы, микросхема выпустила. После замены микросхемы и диода все нормально заработало, но я больше ее та не нагружал. Скорее всего первым умер диод и увел за собой микросхему
Плата после замены, диод временно заменил на двойной диод с блока питания ПК
Микросхема выглядит вот так

Вывод напрашивается такой, модуль преобразователя XL4015 великолепно подходит для многих задач и несомненно найдет место в мастерской, но с отводом тепла надо что-то делать
Рекомендую посмотреть статью про универсальное зарядное плюс блок питания на Xl4015

Покупка модуля XL4015
Пару слов о том, где прикупить такой модуль. Естественно, лучшая цена за товар будет именно при заказе с Китая. Проблематично ждать месяц, но если уж экономить,то лучше при прямой покупке
Приобрести модули можно по этой ссылке цена за один 92 рубля, доставка бесплатна

Источник

Понижающий DC-DC преобразователь XL4015

XL4015 представляет собой недорогой понижающий DC-DC-преобразователь от китайских производителей. Он обеспечивает возможность регулировки как выходного напряжения (от 1.25 до 32 В), так и тока (от 0 до 5 А). Имеет низкий заявленный уровень пульсаций и искажений (до 50 мВ). КПД до 96%. Предельная мощность ограничена встроенными защитными функциями.

Несмотря на то, что характеристики xl4015 в datasheet сильно преувеличены производителями и не всегда удовлетворяют ожидания покупателей, в настоящее время он остается достаточно популярным у многих радиолюбителей. Это объясняется не только его дешевизной, но и массовой доступностью. При этом, он неплохо зарекомендовал себя при продолжительной работе с номинальным током в нагрузке от 0 до 2.5 А и стандартными напряжениями 5, 8 и 12 В. К сожалению на большее он все же не рассчитан. Необходимо учитывать это в своих разработках.

1. Схема подключения
2. Настройка
3. Дополнительный вольтампертметр
4. Основные характеристики
5. Повышение мощности
6. Применение

Схема подключения

Схема включения и настройка XL4015 E1 очень простая. Модуль имеет клеммы для подачи входного и выходного напряжения. Для отражения состояния работы на плате размещены светодиоды. Более подробная информация представлена на рисунке.

Символы «E1» в маркировке микросхемы, установленной на плате, указывают на наличие безсвинцовой технологии (Pb-free) и соответствие экологическому евростандарту RoHS.

Настройка

Питающий потенциал на входе модуля всегда будет больше, чем на выходе, так как это понижающий преобразователь. Поэтому получить напряжение на выходе больше, чем на входе используя xl4015 невозможно.

Для его увеличения напряжения (тока) необходимо вращать соответствующие ручку потенциометров, размещенных на плате, по часовой стрелке. Для уменьшения в другую сторону. Таким образом осуществляется настройка необходимых значений выходных параметров.

Дополнительный вольтампертметр

Для отображения информации о значениях напряжения и тока специально для xl4015 разработана дополнительная плата вольтамперметра. Она существенно облегчат задачу конструирования лабораторного блока питания, но к сожалению не продается отдельно.

Основные характеристики

xl4015 — это понижающий регулируемый источник напряжения и тока, его описание на русском довольно часто встречается в интернете. Ниже приведены основные технические характеристики платы:

• напряжение: на входе 8…36 В; на выходе 1.25 … 36 В;
• максимальный выходной ток: до 5 А (с радиатором);
• фиксированная частота переключений до 180 кГц;
• выходные искажения (пульсации) до 50 мВ;
• КПД до 96%;
• выходная мощность – ограничена внутренней защитой;
• рабочая температура: — 40 … +125 o C

Минимальное отличие между входным и выходным напряжениями – 0.3 В. При превышении мощности более 35 Вт, необходимо применение охлаждения. Плата оснащена дополнительными защитными функциями от: короткого замыкания (КЗ); выключения при перегреве. Встроенная защита от переплюсовки отсутствует.

Повышение мощности

В большинстве случаев элементной базы xl4015 достаточно для питания различных слаботочных электронных приборов. Однако, как уже отмечалось выше, для нагрузки с током о 4-5 А он не пригоден. Быстро перегревается и переходит в режим защиты.

Стоит отметить, что перегрев появляется не только из-за недостаточного охлаждения, но и конструктивных недоработок модуля. Иногда его защита вовсе не срабатывает и он полностью выходит из строя. При этом, чаще всего выгорают диод Шотки и микросхема XL4015E1. Для увеличения выходной мощности необходима соответствующая доработка.

Пример такой доработки xl4015 для общего повышения мощности представлен в видеоролике.

Применение

Часто его приобретают для создания лабораторных блоков питания, которые похожи по своим характеристикам с рассматриваемой платой, но стоят на порядок дороже. Их цена на Алиэкспресс начинается от 3000 рублей и выше. Вместе с тем, собрать простой лаболаторник на xl4015 можно на порядок дешевле и своими руками. Многие радиолюбители так и поступают. Скачать даташит на преобразователь по ссылке.

Источник

Зарядное для аккумуляторов шуруповерта на базе XL4015

Зарядное для аккумуляторов шуруповерта на базе модуля XL4015

В статье пойдет речь о переделке зарядного устройства для аккумуляторов к шуруповерту Интерскол. Основой всей схемы является модуль на базе контроллера DC-DC XL4015. Внешний вид зарядного устройства показан на фото ниже.

Я уже писал про данное зарядное в статье «Зарядное для шуруповерта» и фотографии взяты из той статьи.

Прошло время, родные аккумуляторы приказали долго жить. Я их заменил на литий-ионные. Было использовано четыре аккумулятора по 3,7 вольт. Таким образом, напряжение аккумуляторной батареи увеличилось до, примерно, шестнадцати вольт. Как самому сделать литий-ионную аккумуляторную батарею с использованием платы контроля BMS, в Сети очень много, поэтому я повторяться не буду. В связи с этим увеличилась мощность двигателя шуруповерта, но, ни каких критических последствий от повышения напряжения питания на три вольта, для двигателя выявлено не было. Хотя возможно повышение искрения коллекторных щеток при больших нагрузках. Внешний вид модуля показан на фото ниже.

Это понижающий DC-DC преобразователь с функцией стабилизации тока нагрузки и выходного напряжения, имеющий регулировки по обоим выходным параметрам. Так же модуль имеет в своем составе индицирующие светодиоды разного свечения. Как впоследствии оказалось, в моем модуле все светодиоды были красного свечения. Это обстоятельство породило проблемы с информативностью состояния схемы при переделке зарядного. Ох, уж эти китайские партнеры!

И так, как вы уже успели заметить все индицирующие светодиоды, установленные на плате модуля, в SMD исполнении. Для визуализации их свечения вне корпуса зарядного устройства потребуется изготовить световоды. Смотрим фото ниже.

Данные световоды это небольшие цилиндрики, сделанные из оргстекла. Торец, направленный к соответствующему светодиоду должен быть отполирован. Верхняя сферическая часть, выходящая за поверхность корпуса, также полируется. Светодиоды, индицирующие режим заряда и режим окончания заряда, расположены близко друг к другу, поэтому я для них сделал один световод, так как полагал, что цвет свечения у них разный. Если и вам попадется такой модуль, то лучше для этих светодиодов сделать отдельные световоды. На фото ниже видно как работает световод.
Слева светодиод работает, справа светодиод выключен.

Световоды вклеивал в корпус суперклеем с содой. Плата модуля крепится к корпусу при помощи двух стоек с резьбой с одной стороны и гаек. Другой конец стоек просто впаивается в крепежные отверстия, расположенные на плате модуля. Смотрим фото ниже.

В корпусе так же просверлены отверстия под отвертку напротив регулирующих винтов подстроечных многооборотных резисторов.

Трансформатор для зарядного устройства

В связи с тем, что напряжение новых аккумуляторов больше, все же пришлось разбирать сетевой трансформатор. Выходное напряжение «родного» трансформатора без конденсатора фильтра было порядка 13 вольт. С конденсатором фильтра — 18,33В, это в режиме ХХ. При токе нагрузки, равному одному амперу, это напряжение падало до уровня порядка 15,7В. Это конечно недостаточно для зарядки литий-ионных аккумуляторов до уровня 16,4 вольта. Старое число витков вторичной обмотки у моего трансформатора было 67 провода диаметром 0,8мм. Домотал еще двадцать витков такого же провода, получил вторичку с 87-ю витками, при этом вторичное напряжение на конденсаторе под нагрузкой увеличилось до 23 вольт. Выпрямительный диодный мост и конденсатор фильтра впаяны в схему навесным способом. Смотрим фото ниже.

Источник